Pomiary strumienia świetlnego źródeł światła mają charakter pomiarów porównawczych, odnoszonych do wzorcowego ze względu na strumień świetlny źródła. Mimo że od wynalezienia i opublikowania przez niemieckiego uczonego Ulbrichta zasady pomiaru strumienia świetlnego źródeł światła minęło już ponad 100 lat, idea pomiaru nie uległa zmianie. Podstawą konstrukcyjną urządzenia pomiarowego jest kula (dokładnie — wnętrze sfery), wewnątrz której umieszczane jest badane źródło światła. Wprawdzie prawidłowa nazwa urządzenia pomiarowego to lumenomierz kulisty, jednak spotkać można pewne łatwe do zidentyfikowania zastępcze nazwy, takie jak: kula Ulbrichta, kula całkująca lub po prostu lumenomierz. Jeżeli w środku kuli, której wewnętrzna powierzchnia odbija strumień świetlny w sposób idealnie lambertowski, zostanie umieszczone źródło światła o strumieniu x, to końcowy stan oświetlenia wnętrza kuli będzie efektem odbić wielokrotnych zachodzących w zamkniętym wnętrzu. Zatem natężenie oświetlenia w każdym punkcie powierzchni może być określone jako suma natężenia oświetlenia bezpośredniego i pośredniego.

Aby zmierzyć strumień świetlny, należy więc zasłonić fotoogniwo przed promieniowaniem bezpośrednim ze źródła. Jeżeli więc zachodzi proporcja między strumieniem świetlnym, a natężeniem oświetlenia i między prądem fotoelektrycznym a natężeniem oświetlenia, oznacza to przez implikację, że prąd fotoelektryczny może być proporcjonalny do strumienia świetlnego.

Ze względu na starzenie się farby pokrywającej lumenomierz, jej zabrudzenie, zmiany czułości fotoogniwa i inne procedury pomiarowe, wskazań prądu fotoelektrycznego nie skaluje się w lumenach. Prowadzone są więc pomiary porównawcze wynikające z porównania wskazań miernika przy źródle badanym.

Jeżeli gabaryty źródła badanego (w lumenomierzu można mierzyć strumień świetlny dużych opraw oświetleniowych) i źródła wzorcowego znacznie się różnią, oznacza to, że w niejednakowym stopniu źródło wzorcowego i zakłócają obieg strumienia odbijanego we wnętrzu lumenomierza (inny strumień pochłonie źródło badane niż źródło wzorcowe). Aby skompensować tę różnicę, dokonuje się dodatkowych dwóch pomiarów przy zapalonym źródle pomocniczym, wprowadzając do wnętrza źródło badane i rejestrując pomocniczy prąd źródła badanego, a następnie umieszczając w lumenomierzu źródło wzorcowe i rejestrując prąd pomocniczy źródła wzorcowego.